艾新德鲁夫执行院长 曹幻实（左） 北京通美晶体技术股份有限公司技术中心总监 任殿胜（右）

·改革开放后第一家！瞄准第二代半导体材料

·手机中的基石——砷化镓特性如何？

·国内市场如火如荼，下一个黑马又是谁？

·优先布局原材料，通美晶体的战略眼光

芯片揭秘 | 砷化镓、磷化铟衬底，通美晶体加码第二代半导体

改革开放后第一家！瞄准第二代半导体材料

幻实（主播）：

本期我们邀请到北京通美晶体技术股份有限公司的任殿胜博士做客芯片揭秘，任博士在公司主要负责技术方向工作。

任殿胜（嘉宾）：

大家好，我叫任殿胜。

幻实（主播）：

大家对通美晶体可能相对陌生，先请您介绍一下。

任殿胜（嘉宾）：

我们公司生产以砷化镓和磷化铟为主的第二代化合物半导体，也是全球主要的供应商之一。

幻实（主播）：

通美主营半导体材料还是器件，还是两者都涉及？

任殿胜（嘉宾）：

我们是做晶圆衬底。从单晶生长开始到最后的晶片。

幻实（主播）：

听说你们在这个赛道做到了全球第一，是如何衡量的？

任殿胜（嘉宾）：

就出货量和市占率而言，我们单个产品都能达到全球前三。

GaAs产业链（图源：稳懋）

幻实（主播）：

除了砷化镓和磷化铟这两种主要材料，你们公司是否会涉及一些其他材料？

任殿胜（嘉宾）：

除了这些以外，我们还有应用于航天领域、太阳能领域的锗单晶材料，我们在中国航天领域拥有大概百分之八九十的市场。

GaAs当前主要应用市场（图源：Yole）

幻实（主播）：

化合物半导体现在是非常火爆的赛道，您是哪一年进入赛道的？

任殿胜（嘉宾）：

我在1990年加入了中国电子科技集团第四十研究所，接触了半导体材料；2005年我加入通美晶体从事半导体材料的技术开发。

幻实（主播）：

很多材料公司尤其是欧美大厂会将很多生产环节设立在海外。但是你们很早就把生产环节放在中国大陆，是有什么样的原因？

任殿胜（嘉宾）：

是的，我们的创始人是一名华人，他在美国成立了这家公司。他拥有很深的中国情节，就把工厂搬到了中国，并且公司也成为了改革开放以后第一批北京通州的外资企业。

手机中的基石——砷化镓特性如何？

幻实（主播）：

请任总给我们科普一下砷化镓和磷化铟这两种材料的特殊性体现在何处？

任殿胜（嘉宾）：

首先，砷化镓材料禁带宽度比较宽，比硅要宽；另外它是直接跃迁。直接跃迁就是光电转换效率较高，举个例子，我们第一代硅不能直接发光，但是砷化镓和磷化铟可以直接发光。像现在的LED类显示屏，红光、黄光都是砷化镓材料制的；红绿灯标识等，这些都是砷化镓材料做的。

半导体参数及对应性能（图源：赛米诺 ）

其次，砷化镓材料的微波功率器件与硅比，频率高，传输速度快，普遍用于手机信号的接收与发送。目前4G手机里有7颗砷化镓芯片，将来5G手机里会有14颗左右的砷化镓芯片，以后会越来越多，它的应用非常广。另外，砷化镓也可应用于太阳能领域，它能吸收更多光谱，光电转换效率非常高。

磷化铟比砷化镓传输速度更快，它的特殊性体现在目前的5G领域，主要用于光通讯领域，例如在大数据的传输过程中，磷化铟材料可用于接收或****，同时这两种材料在人工智能领域都是比较重要的。

幻实（主播）：

目前我们的砷化镓衬底能做到几英寸，用什么来衡量材料的好与坏？

任殿胜（嘉宾）：

就全球应用领域而言，我们现在从1英寸到8英寸的砷化镓衬底都有。我们现在刚刚小批量供货8英寸，同时我们也是全球第一家能批量供货的公司；而磷化铟衬底最大是6英寸。

这两种材料晶体非常难长，尤其磷化铟含有磷，磷的分解压比较大，在40多个大气压要求下才能生长。

幻实（主播）：

生长环境的搭建也很复杂。

任殿胜（嘉宾）：

是的，炉子结构也比较复杂，在温度控制、程度控制以及整个梯度控制上都比较复杂。

InP晶圆市场预测（图源：Yole）

幻实（主播）：

除了刚刚说的尺寸，还有什么决定了材料的好坏？

任殿胜（嘉宾）：

晶圆的整个评价体系有几个：一是几何参数，即晶圆的大小平整度，要求晶圆表面要达到几微米甚至几纳米的误差，平整度要求非常严格；二是洁净度，即晶圆里面的杂质、元素含量或者颗粒要求非常洁净，我们的加工条件是十级的洁净环境；最后是电性能，也是最重要的评价参数。

幻实（主播）：

我们知道半导体器件通常会有良率、可靠性这样的指标，在衬底材料上也会有这样的要求吗？

任殿胜（嘉宾）：

有，实际上良率决定成本，我们公司对此有严格要求。如果加工过程不好，就达不到客户的规格要求，公司也会有损失，甚至如果你出货给客户，客户损失更大。所以对于我们来说良率也是很重要的。

幻实（主播）：

可靠性呢？

任殿胜（嘉宾）：

因为我们所有器件的加工是在衬底基础上进行的，所以我们产品的可靠性对器件有决定性的影响。

国内市场如火如荼，下一个黑马又是谁？

幻实（主播）：

这两年由于缺芯潮，很多公司都供不应求，业绩特别好。你们公司是否受益于市场需求扩增的影响？

任殿胜（嘉宾）：

我想现在所谓的缺芯片大部分指的是硅基的芯片，当然我们III-V族的芯片相对而言也不是很宽裕，市场行情不错，目前订单也很多，当然，没有硅那么紧缺。我们几乎是以百分之八九十的负荷在生产。

幻实（主播）：

虽然市场还没达到像硅那么疯狂，但是发展也很不错。现在很多下游的公司也在开始努力寻找III-V族的器件应用市场方向。

任殿胜（嘉宾）：

是的，我们现在也准备在国内上市，通过融资扩大产能，也在各个地方找新的厂址，为扩建做准备。

中国砷化镓器件市场规模预测(亿元) （图源：前瞻产业研究院）

幻实（主播）：

你们服务的客户国内的多还是国外的多，占比如何？

任殿胜（嘉宾）：

百分之八九十是国外的客户，他们的产品偏向高端应用领域，像博通、Qorvo这些公司都是做射频高端芯片。

幻实（主播）：

中国在这个领域还在继续努力，紫光这些公司还在成长。

任殿胜（嘉宾）：

国内企业也在大力发展，相对来说国内占比会少一些。

幻实（主播）：

你们把供应链搬到中国，会影响国外的客户吗？

任殿胜（嘉宾）：

国外客户有担心，我们公司只是提供衬底，衬底材料暂时没有知识产权的结构，现在也不受美国影响。

幻实（主播）：

你们在这个领域竞争对手多吗？类似级别的公司之间差距大不大？

任殿胜（嘉宾）：

目前在这个领域，全球有三家最大的公司，包括日本一家公司、德国一家公司以及我们公司，前两个规模跟我们差不多大。最近几年国内起来的企业有10多家，实际上这些公司的团队很多都是我们公司离开的人（出去的），可以说我们是中国半导体行业在这个领域的黄埔军校。

幻实（主播）：

在这个领域，中国的企业发展水平如何？

任殿胜（嘉宾）：

近几年有几家公司发展非常快，尤其像广东先导、云南锗业、中科晶电这些企业，他们在LED领域光电器件材料方面市占比非常高，他们的发展也令我们很惊艳。

幻实（主播）：

LED板块相对容易突破吗？

任殿胜（嘉宾）：

对，这块的要求低一些。射频类的对技术要求高一些。

全球 GaAs 射频器件市场竞争格局 （图源：Strategy Analysis）

幻实（主播）：

企业必须具有很稳定的表现成果，才能被像高通等国际大厂接受。在这个领域你们对未来的预判是什么？您觉得这个技术路线未来会往什么方向走？

任殿胜（嘉宾）：

从目前砷化镓的应用——光电和微波射频器件这两个领域来看，它在射频领域有新的应用，包括手机、WiFi6、WiFi7等。目前的WiFi6、WiFi7频率更高，它对砷化镓的需求也会不断增加。

2019-2025 年射频 GaAs 裸片市场空间(亿美元) （图源：Yole）

幻实（主播）：

主要看它对频率这些指标的要求是否超过硅。

任殿胜（嘉宾）：

是的。另外在光电显示领域，苹果推出了Micro LED、Mini LED。LED目前来说是三原色，如果是选择红蓝绿三个颜色组成的光点的话，砷化镓材料的需求量就非常大。

优先布局原材料，通美晶体的战略眼光

幻实（主播）：

我经常听到产业人一提到III-V族，第一感觉就是贵，您觉得这个材料会便宜吗？

任殿胜（嘉宾）：

实际上我是2005年加入美国的公司并接触这个行业的，当时我们6英寸砷化镓衬底是250美金一片，现在大概小于100美金。

幻实（主播）：

10年间降了50%以上。

任殿胜（嘉宾）：

对，它已经越来越便宜了。

幻实（主播）：

进入寻常百姓家。您也说过4G手机上面已经有7颗砷化镓芯片了。

任殿胜（嘉宾）：

它贵的原因主要是原材料，像镓、铟等稀有金属是受国家控制的，砷是有毒有害的。

幻实（主播）：

如果想像靶材那样扩大规模，是否需要对金属矿进行控制？近两年锂电把锂矿炒得极其热，III-V族材料是否也会对稀有金属矿带来一波刚需？

任殿胜（嘉宾）：

现在整个矿产行业的涨价潮还是挺明显的，包括我们也一样，但是我们在进入中国市场的时候，我们的合资公司就已经布局原材料了。

幻实（主播）：

你们很早就开始去布局上游原材料，在战略层面上非常有策略。

任殿胜（嘉宾）：

是的，所以说对我们的影响有限，我们的领导团队比较有先见之明。

幻实（主播）：

在这种特殊的材料领域，您工作这么多年有什么样的感触可以分享给行业相关从业者以及关注这个赛道的人？

任殿胜（嘉宾）：

我进入这个行业也是比较偶然，我原来是学化工的，但在接触这个领域以后发现可学的东西很多，同时赶上中国的发展以及各种机会，接触了很多东西。

对于我们的年轻从业者来说，只要你入门这一行并且坚持下来都有可能成功，你将会收获知识经验以及管理层面的积累。

幻实（主播）：

所以对于我们后辈来说还是要踏踏实实做事。这个词也是很多从业多年的前辈们屡次提起的。

任殿胜（嘉宾）：

是的，要耐得住寂寞。

幻实（主播）：

您觉得磷化铟、砷化镓的爆发期快到了吗？

任殿胜（嘉宾）：

这几年一直在成长，市场前景无限。通讯方面的光纤入户，以及其他涉及光电转化的应用几乎都需要磷化铟，磷化铟的发展前景可见一斑。

第二代半导体材料是以砷化镓为代表的化合物材料，2017-2023年我国砷化镓衬底市场规模复合增速达15%，其中光子应用复合增速将达 37%，是未来砷化镓市场规模扩容的主要引领者。我国的砷化镓衬底材料主要用在光电子领域并以LED用半导体型砷化镓为代表的低端市场为主。而半绝缘型砷化镓高端市场主要被日本、美国和德国所掌控，我国目前还没有形成产业规模。

国产企业必须摆脱行业掣肘，保持砷化镓领域技术的绝对领先，产能的绝对优势以及市场的提前预测，扩大产业生态圈及市场影响力，在占比半导体市场价值10%的半导体材料领域走出一条新赛道。

*博客内容为网友个人发布，仅代表博主个人观点，如有侵权请联系工作人员删除。